El radiotelescopio de Yebes detecta una molécula habitual en el petróleo en las nubes donde se forman las estrellas

El hallazgo de un grupo investigador del CSIC cambia la percepción sobre la química en el proceso de formación de los cuerpos celestes

Algunos filósofos griegos de la escuela aristotélica consideraban inconcebible que los cuerpos celestes estuvieran formados por los mismos elementos que los terrestres. Para ellos, los objetos que podían observar a su alrededor eran el resultado de las diferentes combinaciones de cuatro elementos básicos: Tierra, agua, aire y fuego, por lo que se inventaron un quinto elemento para las estrellas, que denominaron “ether”. No obstante, la ciencia, con el paso de los siglos, ha demostrado que los átomos que conforman la tierra y todos los seres que habitan en ella proceden de antiguas estrellas que existieron antes, incluso, de la formación de nuestro planeta, por lo que parece que se podría decir que todos nosotros estamos hechos de “polvo de estrellas”. Es más, moléculas que aparecen en procesos tan comunes en nuestro entorno como la combustión de una llama o en el motor de un coche están presentes en las nubes interestelares, la matriz de donde nacen las estrellas y los planetas. Se trata de los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs, por sus siglas en inglés).

 

Así lo desvela una investigación desarrollada en el Centro Astronómico de Yebes, liderada por el Instituto de Física Fundamental (IFF) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) aunque, como era de esperar, desde la época de los griegos estas cuestiones físicas y químicas que tienen que ver con la astronomía se han complicado bastante.

 

En realidad, estas nubes interestelares son fácilmente apreciables en el firmamento, según José Cernicharo, investigador del IFF-CSIC, miembro del equipo responsable de este descubrimiento. Basta con observar la vía láctea en una noche despejada para darse cuenta de que hay unas zonas del cielo que brillan más que otras: “Es porque ahí, en las zonas más oscuras, hay nubes interestelares que están absorbiendo la luz de las estrellas”. Estas nubes se encuentran en todas las galaxias y son “enormes”: “Tienen tamaños de años luz, de miles de millones de kilómetros y pueden llegar a tener masas de mil o diez mil veces la del sol”. Dentro de estas nubes se van formando estrellas de manera continua: “Cada diez, veinte millones de años se produce una nueva generación de estrellas, que tienen una vida en función de su masa y terminan muriendo como “gigantes rojas” o como “supernovas”. En las últimas etapas de su vida eyectan un parte de su materia que vuelve de nuevo al medio interestelar para formar nuevas nubes interestelares; éstas, a su vez, formarán nuevas estrellas”, relata el investigador.

 

Los hidrocarburos policíclicos aromáticos son compuestos orgánicos formados por anillos de carbón e hidrógeno, con muy mala fama en la tierra porque, en su mayor parte, son fruto de la combustión de petróleo y carbón y resultan tóxicos para el ser humano. Sin embargo, en el espacio tienen otro papel que, pese a necesitar de confirmación, puede estar relacionado incluso con el origen de la vida.

 

Tal y como explica Cernicharo, esta investigación se ha desarrollado en el marco de un proyecto europeo, denominado “Nanocosmos” a partir del cual se han instalado unos potentes receptores en el radiotelescopio de 40 metros de Yebes, desarrollados por los ingenieros de este observatorio guadalajareño, “que son de los mejores del mundo”,  para mejorar la sensibilidad de este instrumento: “Con esta instrumentación hemos hecho observaciones de una nube interestelar muy fría, que tiene una temperatura de 260 grados bajo cero y una densidad muy tenue de unas 10.000 partículas por centímetro cúbico, y hemos encontrado hidrocarburos policíclicos aromáticos”.

 

Con ello se pretendía confirmar una hipótesis lanzada hace cuarenta años que afirmaba la presencia de estas moléculas en el espacio “pero nunca se pudo demostrar cuáles eran esas moléculas, porque hidrocarburos policíclicos aromáticos hay millones: forman parte del petróleo, del carbono de las minas, de todos los procesos de combustión, ya sea de una llama o del motor de un coche”. Para Cernicharo no hay ninguna duda de que lo que se ha encontrado con el radiotelescopio de Yebes es un PAH: “Se ha caracterizado a través del espectro de rotación de la molécula, que es inequívoco ya que cada molécula tiene una firma espectral propia”, comenta.

 

Las conclusiones de esta investigación son muy importantes por varios motivos: “Por primera vez se puede decir que esta molécula es una de las responsables de esos hidrocarburos policíclicos aromáticos, que en el contexto astrofísico representan unas moléculas muy especiales porque son responsables del 30 por ciento de la energía que se emite en una galaxia en el infrarrojo, es decir, que juegan un papel fundamental en la evolución física y química del medio interestelar y del medio de las galaxias”, indica el investigador José Cernicharo.

 

Además, demuestran que la formación de estos PAHs se puede producir incluso en las condiciones extremas que se dan en las nubes interestelares: “Las condiciones físicas son completamente distintas de las que hay en la tierra. No hay procesos de combustión, no hay reacciones rápidas… Lo que ocurre en la Tierra en un milisegundo, en una nube interestelar sucede en un millón de años…”

 

Por lo tanto, este descubrimiento tiene una implicación en la evolución química del medio interestelar y en la composición inicial de los planetas que se forman en torno a una estrella: “Es decir, cuando se forma una estrella y su cortejo planetario ya existe una composición química rica en moléculas, que está determinada por la evolución que ha habido durante 10 o 20 millones de años dentro esa nube. Hemos demostrado que cuando se van a formar la estrella y sus planetas, ese gas y esos granos que forman parte de la nebulosa en la que se está formando la estrella, tienen una riqueza química excepcional”.

 

Una investigación con unos resultados “espectaculares”

 

Para poder abordar estas investigaciones el equipo de Cernicharo del IFF del CSIC, formado además por Marcelino Agúndez, Carlos Cabezas, Nuria Marcelino y Juan Ramón Pardo, junto a Belén Tercero y Pablo de Vicente del Observatorio Astronómico, presentó un proyecto “Sinergy” hace siete años al European Research Council con el fin de estudiar “el origen de los granos de polvo y las moléculas que existen en estas nubes interestelares”. El proyecto se denominó “Nanocosmos” y recibió una financiación de 15 millones de euros. La investigación constaba de varios subproyectos, dos de los cuales correspondían a Yebes: “Uno de ellos consistía en desarrollar un laboratorio de espectroscopía molecular, utilizando técnicas radioastronómicas y el otro, era utilizar receptores completamente novedosos de muy ancha banda y, por lo tanto, en lugar de tener que ir barriendo, observa una gran cantidad de frecuencias a la vez con el objetivo de hacer una exploración jamás alcanzada de varios objetos”.

 

Los resultados han sido “espectaculares”: “El número de moléculas que había en el espacio en julio de 2020, después de 50 años de observaciones radioastronómicas era de 200. Desde julio de 2020 hasta mayo de 2021 hemos descubierto 20 moléculas con el radiotelescopio de Yebes, con lo que podemos hacernos una idea del salto cualitativo que se ha dado en la sensibilidad y en la capacidad de observación de este radiotelescopio”.

 

Sobre el Centro Astronómico de Yebes

 

Los científicos e investigadores que abordan sus trabajos con el radiotelescopio no estudian imágenes como las que se podrían obtener a partir de un telescopio: “Nosotros lo que observamos son señales. Analizamos el espectro de la señal en la dirección de un punto en el espacio. Se pueden hacer imágenes cartografiando. Apuntas en una dirección, apuntas a un lado y vas haciendo un mapa alrededor de la fuente que te interesa y puedes conseguir una imagen de cómo es la emisión, pero lo que estamos detectando es la emisión de las moléculas”, aclara el científico. “Lo que estamos viendo es un medio sumamente frío que no emite en el óptico; empieza a emitir un poco en el infrarrojo y, sobre todo, emite en el dominio radio y lo que observamos es la emisión de las moléculas que hay en ese gas cuando cambian su velocidad de rotación”.

 

El radiotelescopio de Yebes trabaja en el dominio radio, aunque en longitudes de onda, por ejemplo, cien o mil veces superiores a las de la radio de frecuencia modulada: “Pero en definitiva consiste en lo mismo. Nosotros vamos barriendo una frecuencia y escuchando las distintas emisoras: La Cope, la Ser, Radio Guadalajara… Conforme se va barriendo la frecuencia, aparecen en emisión cada una de las moléculas. Las emisoras de radio podrían ser las moléculas que hay en una de esas nubes y al barrer en frecuencia, al ir cambiando la sintonía de nuestros instrumentos, vamos viendo como cada molécula emite una frecuencia distinta”.

 

El Centro Astronómico de Yebes consta de distintas áreas de trabajo tanto desde el punto de vista técnico, como científico. Concretamente, según Cernicharo, desde el punto de vista técnico, Yebes tiene uno de los mejores laboratorios de microondas del mundo, “realmente tiene unos ingenieros punteros” y, en el ámbito de la observación, “los científicos pueden pedir tiempo de observación al telescopio para realizar observaciones de interés”. Esos proyectos pasan a través de un Comité de Programas que evalúan la conveniencia de esas observaciones: “Si se aprueban, el telescopio se programa para que vaya observando los distintos objetos de los astrofísicos que han presentado peticiones de tiempo de observación”.

 

Además, Yebes participa en una red europea y mundial de observaciones de interferometría de base muy larga: “Eso significa que se utilizan radiotelescopios que están separados por miles de kilómetros para sintetizar el equivalente de un radiotelescopio que tuviese un tamaño de miles de kilómetros”. Esta red de radiotelescopios permite medir por ejemplo el movimiento de las placas de la tierra o la orientación del eje de rotación de nuestro planeta “que es fundamental para los satélites GPS, que tienen que estar referenciados con respecto a un eje de rotación que está cambiando continuamente”. Son estas observaciones de interferometría de larga base las que permiten, cada quince días, poner al día la posición de los satélites y ofrecer una posición muy precisa, por ejemplo, para los navegadores.